RU2169965C2 - Piezoelectric transformer - Google Patents

Abstract

FIELD: electronic engineering; power units for optical converters. SUBSTANCE: piezoelectric transformer has excitation section and generator section. Excitation section is made in the form or radially polarized ring carrying electrodes on inner and outer surfaces. Generator section is, essentially, transversely polarized disk carrying electrodes on its planar surfaces. Disk is mounted inside ring and mechanically joined to the latter through insulating layer. Ring and disk electrodes are electrically isolated. Disk may be made in the form of stack of plates. Ring may be assembled of concentric members. EFFECT: enhanced efficiency and enlarged functional capabilities of transformer. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве элемента блока питания электронных устройств. The invention relates to electronic equipment and can be used as an element of a power supply unit of electronic devices.

Известен пьезоэлектрический трансформатор /1/, содержащий удлиненную керамическую пластину, одна половина которой поляризована в направлении толщины пластины, а другая - в продольном направлении. К первой части пластины прикреплены два входных электрода, а два выходных электрода - к внешнему торцу второй пластины. Такой трансформатор имеет низкий коэффициент трансформации. A known piezoelectric transformer / 1 / containing an elongated ceramic plate, one half of which is polarized in the direction of the thickness of the plate, and the other in the longitudinal direction. Two input electrodes are attached to the first part of the plate, and two output electrodes are attached to the outer end of the second plate. Such a transformer has a low transformation ratio.

Наиболее близким аналогом изобретения является пьезоэлектрический трансформатор /2/, выполненный в виде плоской пьезопластины, содержащей секцию возбуждения, поляризованную по толщине, и генераторную продольно поляризованную секцию. The closest analogue of the invention is a piezoelectric transformer / 2 / made in the form of a flat piezoelectric plate containing an excitation section polarized in thickness and a longitudinally polarized generator section.

Пьезоэлектрический трансформатор такой конструкции имеет следующие недостатки:
- входная (возбуждения) и выходная (трансформаторная) секции не развязаны, что ограничивает область использования трансформатора,
- при инверсном включении секций трансформатор имеет низкий КПД,
- невозможно подучить на выходе одновременно несколько значений напряжения.A piezoelectric transformer of this design has the following disadvantages:
- input (excitation) and output (transformer) sections are not isolated, which limits the scope of use of the transformer,
- when the sections are inverted, the transformer has a low efficiency,
- it is impossible to learn several voltage values at the output simultaneously.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД пьезоэлектрического трансформатора, расширение области использования, а также возможность получения одновременно нескольких значений выходного напряжения. The technical result of the invention is to increase the efficiency of a piezoelectric transformer, expanding the field of use, as well as the ability to simultaneously obtain multiple values of the output voltage.

Указанный технический результат достигается за счет выполнения секции возбуждения в виде радиально поляризованного кольца с электродами на внешней и внутренней поверхностях и генераторной секции - в виде установленного внутри кольца поперечно поляризованного диска с электродами на его плоских поверхностях и центральным отверстием для узла крепления, при этом кольцо и диск механически связаны через диэлектрический слой, а электроды кольца и диска электрически не связаны между собой. The specified technical result is achieved by performing the excitation section in the form of a radially polarized ring with electrodes on the outer and inner surfaces and the generator section - in the form of a transversely polarized disk mounted inside the ring with electrodes on its flat surfaces and a central hole for the mount, the ring and the disk is mechanically connected through the dielectric layer, and the electrodes of the ring and disk are not electrically connected.

Диск может быть выполнен в виде пакета пластин, при этом пластины в пакете электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно. The disk can be made in the form of a package of plates, while the plates in the package are not electrically connected or connected in parallel and / or in series.

Кольцо может быть образовано набором концентричных элементов, при этом концентричные элементы электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно. The ring can be formed by a set of concentric elements, while the concentric elements are not electrically connected or connected in parallel and / or in series.

Узел крепления может быть выполнен в виде резиновой втулки и соединительных элементов, размещенных в центральном отверстии. The mount can be made in the form of a rubber sleeve and connecting elements located in the Central hole.

Секция возбуждения может быть снабжена дополнительным электродом, нанесенным на внешнюю или внутреннюю поверхность кольца для образования обратной связи. The excitation section may be provided with an additional electrode deposited on the outer or inner surface of the ring to form feedback.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема пьезоэлектрического трансформатора (стрелками показано направление вектора поляризации), на фиг. 2 - диск в виде пакета пластин, на фиг. 3 - кольцо с дополнительным электродом обратной связи. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of a piezoelectric transformer (arrows indicate the direction of the polarization vector), FIG. 2 - disk in the form of a package of plates, in FIG. 3 - ring with an additional feedback electrode.

Пьезоэлектрический трансформатор содержит секцию возбуждения в виде радиально поляризованного кольца 1 с электродами 2, нанесенными на внешнюю и внутреннюю поверхности кольца, и генераторную секцию в виде поперечно поляризованного диска 3 с электродами 4. В диске выполнено центральное отверстие. Диск и кольцо механически соединены через диэлектрический слой 5. Выводы 6 кольца подсоединяются к источнику питания. Напряжение снимается с выводов 7 диска, расположенных вблизи центрального отверстия. Узел крепления состоит из резиновой втулки 8, размещенной в центральном отверстии, и соединительных элементов, например, шпильки и гайки (на чертеже не показаны). На поверхность кольца нанесен дополнительный электрод 9 для создания обратной связи. The piezoelectric transformer contains an excitation section in the form of a radially polarized ring 1 with electrodes 2 deposited on the outer and inner surfaces of the ring, and a generator section in the form of a transversely polarized disk 3 with electrodes 4. A central hole is made in the disk. The disk and the ring are mechanically connected through a dielectric layer 5. The conclusions 6 of the ring are connected to a power source. The voltage is removed from the terminals 7 of the disk located near the Central hole. The attachment site consists of a rubber sleeve 8, located in the Central hole, and connecting elements, for example, studs and nuts (not shown). An additional electrode 9 is applied to the surface of the ring to create feedback.

Пьезоэлектрический трансформатор работает следующим образом. A piezoelectric transformer operates as follows.

Входное напряжение возбуждения, приложенное к электродам 2 кольца 1, создает в объеме пьезоэлектрика кольца переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, посредством обратного пьезоэффекта вызывает деформацию кольца 1 и соответствующее ей механическое напряжение. Волна деформации и механического напряжения через упругие связи поступает в генераторную секцию - диск 3, где за счет прямого пьезоэффекта вызывает изменение поляризации (электрической индукции) пьезоэлектрика диска. Изменение поляризации в объеме генераторной секции приводит к перераспределению зарядов на электродах 4 диска 3. The input excitation voltage applied to the electrodes 2 of the ring 1 creates an alternating electric field in the volume of the ring piezoelectric, which, in turn, causes the ring 1 to deform and the corresponding mechanical stress through the inverse piezoelectric effect. The wave of deformation and mechanical stress through elastic bonds enters the generator section - disk 3, where due to the direct piezoelectric effect causes a change in the polarization (electrical induction) of the piezoelectric disk. A change in polarization in the volume of the generator section leads to a redistribution of charges on the electrodes 4 of the disk 3.

В пьезотрансформаторе предлагаемой конструкции входная и выходная цепи электрически не связаны, что расширяет область использования трансформатора и дает возможность повысить его КПД. In the piezotransformer of the proposed design, the input and output circuits are not electrically connected, which expands the scope of use of the transformer and makes it possible to increase its efficiency.

Выполнение генераторной секции в виде пакета пластин, выполнение секции возбуждения в виде набора концентричных колец, параллельное и/или последовательное электрическое соединение элементов секций обеспечивают возможность одновременного получения нескольких значений выходного напряжения и изменения коэффициента трансформации. При параллельном соединении генераторных пластин одинаковой толщины происходит сложение выходных токов, что обеспечивает высокий КПД при выходной мощности, близкой к габаритной. The execution of the generator section in the form of a package of plates, the execution of the excitation section in the form of a set of concentric rings, parallel and / or serial electrical connection of the elements of the sections provide the ability to simultaneously obtain multiple values of the output voltage and change the transformation ratio. When the generator plates of the same thickness are connected in parallel, the output currents are added together, which ensures high efficiency with an output power close to the overall one.

При креплении пьезоэлектрического трансформатора в его центре с использованием резиновой втулки в узле крепления создается узел механических напряжений, который препятствует образованию акустических колебаний по диаметру диска и обеспечивает распространение только радиальных колебаний, что приводит к повышению коэффициента трансформации. When a piezoelectric transformer is mounted in its center using a rubber sleeve, a mechanical stress unit is created in the attachment unit, which prevents the formation of acoustic vibrations along the diameter of the disk and ensures the propagation of only radial vibrations, which leads to an increase in the transformation coefficient.

Обратная связь в пьезотрансформаторе используется для управления его характеристиками. Piezotransformer feedback is used to control its characteristics.

Источники информации
1. Патент США 3836794, H 04 R 17/00, 17.09.74.Sources of information
1. US patent 3836794, H 04 R 17/00, 09/17/74.

2. А.А.Ерофеев и др. Пьезоэлектроника. М.: Радио и связь, 1994, с. 28-29. 2. A.A. Erofeev and others. Piezoelectronics. M .: Radio and communications, 1994, p. 28-29.

Claims (5)

1. Пьезоэлектрический трансформатор, содержащий ортогонально поляризованные секцию возбуждения и генераторную секцию, отличающийся тем, что секция возбуждения выполнена в виде радиально поляризованного кольца с электродами на внутренней и внешней поверхностях, а генераторная секция выполнена в виде установленного внутри кольца поперечно поляризованного диска с электродами на его плоских поверхностях и центральным отверстием для узла крепления, при этом диск и кольцо механически связаны через диэлектрический слой, а электроды кольца и диска электрически не связаны между собой. 1. A piezoelectric transformer containing an orthogonally polarized excitation section and a generator section, characterized in that the excitation section is made in the form of a radially polarized ring with electrodes on the inner and outer surfaces, and the generator section is made in the form of a transversely polarized disk mounted inside the ring with electrodes on it flat surfaces and a central hole for the mount, with the disk and ring mechanically connected through a dielectric layer, and the ring electrodes and the disc is not electrically connected to each other. 2. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1, отличающийся тем, что диск выполнен в виде пакета пластин, при этом пластины в пакете электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно. 2. The piezoelectric transformer according to claim 1, characterized in that the disk is made in the form of a package of plates, while the plates in the package are not electrically connected or connected in parallel and / or in series. 3. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцо образовано набором концентричных элементов, при этом концентричные элементы электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно. 3. The piezoelectric transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the ring is formed by a set of concentric elements, while the concentric elements are not electrically connected or connected in parallel and / or in series. 4. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что узел крепления выполнен в виде резиновой втулки и соединительных элементов, размещенных в центральном отверстии диска. 4. The piezoelectric transformer according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the mount is made in the form of a rubber sleeve and connecting elements located in the Central hole of the disk. 5. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что секция возбуждения снабжена дополнительным электродом, нанесенным на внешнюю или внутреннюю поверхность кольца для образования обратной связи. 5. The piezoelectric transformer according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the excitation section is equipped with an additional electrode deposited on the outer or inner surface of the ring to form feedback.

Images